Zakaj nerjaveče jeklo rjavi?

Ko se na površini cevi iz nerjavečega jekla pojavijo rjavi rjasti madeži (lise), so ljudje močno presenečeni: »Nerjaveče jeklo ne rjavi, in če rjavi, ni nerjaveče jeklo in je lahko težava z jeklom.«Pravzaprav je to enostransko napačno prepričanje o nerazumevanju nerjavnega jekla.Nerjavno jeklo bo pod določenimi pogoji tudi rjavelo.

1. Nerjaveče jeklo ni brez rje

Nerjavno jeklo proizvaja tudi oksid na površini.Mehanizem rjavenja vseh nerjavnih jekel, ki so trenutno na trgu, je posledica prisotnosti elementa Cr.Temeljni vzrok (mehanizem) odpornosti nerjavnega jekla proti koroziji je teorija pasivnega filma.Tako imenovani pasivacijski film je tanek film, sestavljen predvsem iz Cr2O3 na površini nerjavečega jekla.Zaradi obstoja tega filma je korozija substrata iz nerjavečega jekla v različnih medijih ovirana, ta pojav pa imenujemo pasivizacija.Obstajata dva primera za nastanek tega pasivacijskega filma.Eno je, da ima samo nerjavno jeklo sposobnost samopasivacije, ta sposobnost samopasivacije pa se pospeši s povečanjem vsebnosti kroma, zato je odporno proti rji;Obsežnejši tvorbeni pogoj je, da nerjaveče jeklo v procesu korodiranja v različnih vodnih raztopinah (elektrolitih) tvori pasivacijski film, ki ovira korozijo.Ko se pasivacijski film poškoduje, se lahko takoj oblikuje nov pasivacijski film.

Razlog, zakaj je pasivni film iz nerjavečega jekla odporen proti koroziji, ima tri značilnosti: ena je, da je debelina pasivnega filma izjemno tanka, običajno le nekaj mikronov, ko je vsebnost kroma > 10,5 %;druga je specifična teža pasivne folije večja od specifične teže substrata;ti dve značilnosti kažeta, da je pasivni film tanek in gost, zato ga korozivni medij težko razgradi in hitro razjeda podlago;tretja značilnost je, da je razmerje koncentracije kroma v substratu pasivnega filma več kot trikrat višje;zato ima pasivni film visoko odpornost proti koroziji.

2. Pod določenimi pogoji bo korodirano tudi nerjavno jeklo

Okolje uporabe nerjavečega jekla je izjemno zapleteno in preprosta pasivna folija iz kromovega oksida ne more izpolniti zahtev glede visoke odpornosti proti koroziji.Zato je treba jeklu v skladu z različnimi pogoji uporabe dodati elemente, kot so molibden (Mo), baker (Cu) in dušik (N), da se izboljša sestava pasivacijskega filma in dodatno izboljša korozijska odpornost nerjavnega jekla.Dodatek Mo močno spodbuja skupno pasivacijo, ker je korodirani produkt MoO2- blizu substrata in preprečuje korozijo substrata;dodatek Cu povzroči, da pasivni film na površini iz nerjavečega jekla vsebuje CuCl, kar izboljša učinkovitost pasivnega filma, ker ne deluje z jedkim medijem.odpornost proti koroziji;dodajanje N, ker je pasivacijski film obogaten s Cr2N, se koncentracija Cr v pasivacijskem filmu poveča, s čimer se izboljša korozijska odpornost nerjavnega jekla.

Odpornost nerjavnega jekla proti koroziji je pogojna.Razred nerjavečega jekla je v določenem mediju odporen proti koroziji, v drugem mediju pa se lahko poškoduje.Hkrati je tudi korozijska odpornost nerjavnega jekla relativna.Zaenkrat ni nerjavečega jekla, ki bi bilo absolutno nekorozivno v vseh okoljih.

Nerjaveče jeklo je odporno proti atmosferski oksidaciji - to je odpornost proti rji, in ima tudi sposobnost korodiranja v medijih, ki vsebujejo kisline, alkalije in soli - to je odpornost proti koroziji.Vendar se velikost njegove protikorozijske sposobnosti spreminja s kemično sestavo samega jekla, stopnjo zaščite, pogoji uporabe in vrsto okoljskega medija.Na primer, jeklena cev 304 ima absolutno odlično protikorozijsko sposobnost v suhem in čistem ozračju, če pa jo premaknemo na obmorsko območje, bo kmalu zarjavela v morski megli, ki vsebuje veliko soli;medtem ko jeklena cev 316 kaže dobro.Zato nobena vrsta nerjavečega jekla ni odporna proti koroziji in rji v katerem koli okolju.